Wellenlängendienst in optischen Transportnetzen

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Optische WDM-Netzwerke (Wavelength Division Multiplexing) sind Netzwerke, die optische WDM-Faserverbindungen einsetzen, wobei jede Faserverbindung mehrere Wellenlängenkanäle überträgt. Ein All Optical Network (AON) ist ein optisches WDM-Netzwerk, das optische End-to-End-Pfade bereitstellt, indem alle optischen Knoten verwendet werden, die es dem optischen Signal ermöglichen, ohne Umwandlung in ein elektrisches Signal im optischen Bereich zu bleiben. AONs sind normalerweise optische leitungsvermittelte Netzwerke, bei denen Leitungen durch Zwischenknoten in der Granularität eines Wellenlängenkanals geschaltet werden. Daher wird ein leitungsvermitteltes AON auch als Wellenlängen-Routing-Netzwerk bezeichnet, bei dem optische Schaltungen äquivalent zu Wellenlängenkanälen sind.

Ein Wellenlängen-Routing-Netzwerk besteht aus optischen Cross-Connects (OXC) und optischen Add/Drop-Multiplexern (OADM), die durch WDM-Fasern miteinander verbunden sind. Die Datenübertragung über dieses optische Netzwerk erfolgt über optische Circuit-Switching-Verbindungen, die als Lichtpfade bekannt sind. Ein OXC ist ein N x N optischer Schalter mit N Eingangsfasern und N Ausgangsfasern, wobei jede Faser W Wellenlängen trägt. Der OXC kann alle ankommenden Wellenlängen seiner Eingangsfasern optisch auf die abgehenden Wellenlängen seiner Ausgangsfasern schalten. Ein OADM kann die Signale auf einer Anzahl von Wellenlängen terminieren und fügt neue Signale in diese Wellenlängen ein. Die restlichen Wellenlängen passieren das OADM transparent.

Damit ein Benutzer (Router A) Daten an einen Zielbenutzer (Router B) übertragen kann, wird eine leitungsvermittelnde Verbindung aufgebaut, indem bei jedem Hop entlang des Verbindungspfads eine Wellenlänge verwendet wird. Dieser unidirektionale optische Pfad wird als Lichtpfad bezeichnet, und der Knoten zwischen jedem Hop ist entweder ein OXC oder ein OADM. Ein separater Lichtpfad muss unter Verwendung verschiedener Fasern eingerichtet werden, um eine Übertragung in die entgegengesetzte Richtung einzurichten. Um die Einschränkung der Wellenlängenkontinuität zu erfüllen, wird bei jedem Sprung entlang des Lichtwegs dieselbe Wellenlänge verwendet. Wenn ein Lichtweg blockiert ist, weil die erforderliche Wellenlänge nicht verfügbar ist, kann ein Konverter in einem OXC das übertragene optische Signal von einer Wellenlänge in eine andere Wellenlänge umwandeln.

Da die Bandbreite einer Wellenlänge häufig viel größer ist, als dies von einem einzelnen Client benötigt wird, wird Traffic Gloming verwendet, um zu ermöglichen, dass die Bandbreite eines Lichtpfads von vielen Clients geteilt wird. Die Bandbreite eines Lichtwegs wird in Teilrateneinheiten unterteilt; Clients können eine oder mehrere Teilrateneinheiten anfordern, um Verkehrsströme mit niedrigeren Raten zu übertragen. Beispielsweise werden Informationen über ein optisches Netzwerk unter Verwendung von SONET (Synchronous Optical Network)-Framing mit einer Übertragungsrate von OC-48 (2,488 Gbps) übertragen. Ein Lichtpfad wird von OXC1 zu OXC3 durch OXC2 unter Verwendung der Wellenlänge w eingerichtet, die auf diesem Lichtpfad verfügbare Teilrateneinheit ist OC-3 (155 Mbps). Ein Benutzer auf OXC1 kann eine beliebige ganze Zahl von OC-3-Teilrateneinheiten bis zu insgesamt 16 anfordern, um Daten an einen anderen Benutzer auf OXC3 zu übertragen. Ein Netzbetreiber kann verkehrsgepflegte Lichtpfade verwenden, um Subraten-Transportdienste für die Benutzer bereitzustellen, indem er dem optischen Netz ein virtuelles Netz hinzufügt.

Informationen auf einem Lichtweg werden typischerweise unter Verwendung von SONET-Rahmenbildung übertragen. Künftig werden die über optische Netze übertragenen Informationen den neuen Standard ITU-T G.709, bekannt als Digital Wrapper, verwenden. In ITU-T wird ein optisches Netzwerk als optisches Transportnetzwerk (OTN) bezeichnet. Im Folgenden sind einige der Merkmale des G.709-Standards aufgeführt:

1) Der Standard erlaubt die Übertragung verschiedener Arten von Verkehr: IP-Pakete und Gigabit-Ethernet-Frames mit Generic Framing Procedure (GFP), ATM-Zellen und synchrone SONET/SDH-Daten.
2) Es unterstützt drei Bitraten-Granularitäten: 2,488 Gbps, 9,95 Gbps und 39,81 Gbps.
3) Es stellt Fähigkeiten bereit, um eine Verbindung auf einer Ende-zu-Ende-Basis über mehrere Träger sowie über einen einzelnen Träger zu überwachen.
4) G.709 verwendet Forward Error Correction (FEC), um Bitfehler zu erkennen und zu korrigieren, die durch physikalische Beeinträchtigungen in den Übertragungsstrecken verursacht werden.

Der Lichtpfad kann entweder statisch oder dynamisch sein. Statische Lichtpfade werden unter Verwendung von Netzwerkverwaltungsverfahren eingerichtet und können für eine lange Zeit aktiv bleiben. Virtual Private Networks (VPN) können über statische Lichtpfade aufgebaut werden. Dynamische Lichtpfade werden in Echtzeit unter Verwendung von Signalisierungsprotokollen aufgebaut, wie z. B. GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) und UNI (User Network Interface) der IETF, vorgeschlagen vom Optical Internetworking Forum (OIF). GMPLS ist eine Erweiterung von MPLS und wurde entwickelt, um MPLS-Label-Switching-Techniken auf Time Division Multiplexing (TDM)-Netzwerke und Wellenlängen-Routing-Netzwerke zusätzlich zu Paketvermittlungsnetzwerken anzuwenden. Die OIF UNI spezifiziert Signalisierungsprozeduren für Clients zum automatischen Erstellen, Löschen und Abfragen einer Verbindung über ein Wellenlängen-Routing-Netzwerk. Die UNI-Signalisierung wird implementiert, indem die Etikettenverteilungsprotokolle LDP und RSVP-TE erweitert werden.

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